本发明公开了一种基于移动平均分析模型的海洋波浪发电装置控制方法，属于数据分析和控制领域。
背景技术：
海洋波浪发电装置的作用是把海洋波浪能转换成电能，然后向海上平台和偏远岛屿上的用电设备进行供电，或者进行远距离并网输电。在较少的资金投入的情况下，如何能够最大化地把海洋波浪能转换成电能，成为当前海洋波浪发电技术领域的热门问题。根据能量传递和机械振荡理论，只有海洋波浪发电装置的运行频率与海洋波浪的运行频率达到共振的条件下，才能够最大化地把海洋波浪能转换成电能。因此，根据海洋波浪波高的历史值和当前值，进行未来某一时间段内的海洋波浪波高计算分析，并在此基础上，进行海洋波浪发电装置的优化控制，显得尤为重要。
通常情况下，计算分析未来某一时间段内的海洋波浪波高数据序列，主要有一种方法，具体是：在海洋波浪发电装置的波前某一距离点装设波高传感器采集装置，在采集到当前位置的波高之后，根据波高传感器采集装置与海洋波浪发电系统之间的距离和波浪向前传播的速度，进而对海洋波浪发电系统实施优化控制，从而使海洋波浪发电系统与当前海洋波浪波高的运行频率达到共振；针对该方法，需要在海洋中独立地安装波高传感器采集装置，不仅增加了安装工程的实施费用，也降低了海洋波浪面积的利用效率，尤其是针对大规模的海洋波浪发电阵列而言。
技术实现要素：
技术问题：本发明提供一种能够准确地实施海洋波浪发电装置的优化控制，使海洋波浪发电装置的运行效率最大化的基于移动平均分析模型的海洋波浪发电装置控制方法，
技术方案：本发明的基于移动平均分析模型的海洋波浪发电装置控制方法，包括以下步骤：
步骤1：根据海洋波浪的运动频率大小，选取数据序列个数N，并利用传感器采集和存储海洋波浪波高的历史值和当前值，得到数据序列X(N)；
步骤2：对步骤1得到的数据序列X(N)进行差分运算；
步骤3：对数据序列X(N)进行标准化处理，并对标准化处理后的数据序列，进行相关性分析；
步骤4：建立移动平均分析模型，并基于该模型预测未来某一段时间内的海洋波浪波高；
步骤5：根据步骤4计算得到的未来某一段时间内的海洋波浪波高数值，采用锁存控制法，对海洋波浪发电装置进行优化控制。
进一步的，本发明方法中，所述步骤1中采用的传感器对于海洋波浪波高的采集频率不低于30赫兹。
进一步的，本发明方法中，所述步骤2中根据下式进行差分运算：
H(n)＝X(n)-X(n-1)
其中n＝1，2，Λ，N表示数据序列的个数，H(n)为差分运算的结果，X(n)为第n个数据序列，X(n-1)为第n-1个数据序列。
进一步的，本发明方法中，所述步骤3中根据下式对数据序列X(N)进行标准化处理：
B(n)＝(H(n)-Ux)/m
其中，B(n)为标准化处理结果，Ux是数据序列的平均值，H(n)为差分运算的结果，
进一步的，本发明方法中，所述步骤3中采用耶尔-瓦克尔方程组进行相关性分析。
进一步的，本发明方法中，所述步骤4中根据下式计算未来某一时间段内的海洋波浪波高：
其中，p是移动平均分析模型的相关系数，q是移动平均分析模型的偏相关系数；下标从1到q，分别表示从1到p时刻的不为零待定系数，θ1、θ2、θ3……θq分别表示从1到q时刻的不为零待定系数，εt-1、εt-2、εt-3……εt-q分别表示从t-1到t-q时刻的独立误差项，Wt、Wt-1、Wt-2……Wt-p分别表示从t到t-q时间段内海洋波浪波高的时间序列。
进一步的，本发明方法中，所述步骤5中优化控制的具体步骤如下：
步骤1)根据计算得到的未来某一段时间内的海洋波浪波高，计算海洋波浪发电装置受到的激振力Fexc及其相位；
步骤2)令海洋波浪发电装置受到的激振力Fexc的相位与发电装置运行速度相位的相位差为零，计算得到阻尼系数Bpto；
步骤3)通过步骤2的阻尼系数Bpto，计算发电机输出的电磁力Fpto，控制海洋波浪发电装置受到的综合作用力Ftotal的相位与速度相位差为零。
本发明的锁存控制法，是通过控制海洋波浪发电装置受到的波浪力，使其运动速度与综合受力的相位差为零，从而可以使海洋波浪发电装置与海洋波浪之间的运行状态达到共振，进而可以最大化地把海洋波浪能转换成电能。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
传统方法需要在海洋波浪发电装置的波前某一距离点装设波高传感器采集装置，在采集到当前位置的波高之后，根据波高传感器采集装置与海洋波浪发电系统之间的距离和波浪向前传播的速度，进而对海洋波浪发电系统实施优化控制，从而使海洋波浪发电系统与当前海洋波浪波高的运行频率达到共振；传统方法需要在海洋中独立地安装波高传感器采集装置，不仅增加了安装工程的实施费用，也降低了海洋波浪面积的利用效率，尤其是针对大规模的海洋波浪发电阵列而言。本发明所提出的基于移动平均分析模型的海洋波浪发电装置控制方法，通过建立移动平均分析模型，在分析海洋波浪波高的历史值和当前值的基础上，预测未来一段时间内的海洋波浪波高；根据预测值，通过锁存控制法促使海洋波浪发电装置的运行频率与海洋波浪的运行频率达到共振，进而可以最大化地把海洋波浪能转换成电能。本发明所提出的方法可以显著提高海洋波浪发电装置把波浪能转换成电能的效率，具有较好的应用前景。
附图说明
图1是基于移动平均分析模型的海洋波浪波高计算流程图。
图2是基于海洋波浪波高的海洋波浪发电装置优化控制策略。
具体实施方式
为了更加详细地理解本发明，现结合附图对本发明的具体实施步骤作详细的描述。
参照图1所示，基于移动平均分析模型的海洋波浪波高计算方法，包括以下步骤：
步骤1：利用传感器采集和存储海洋波浪波高的历史值和当前值，组成序列X(N)，其中，N为数据序列的个数，且N为大于零的适当整数(N越大，利用移动平均分析模型计算得到的未来某一时间段内海洋波浪波高数据序列越准确)，采用传感器对于海洋波浪波高的采集频率不低于30赫兹。；
步骤2：对海洋波浪波高数据序列的历史值和当前值进行差分运算，消除数据序列的不平稳趋势性，使数据序列的变化过程为平稳过程。差分运算可以是三次差分或四次差分，具体依据数据序列的不平稳趋势进行确定，具体根据下式进行差分运算：
H(n)＝X(n)-X(n-1)
其中n＝1，2，Λ，N表示数据序列的个数，H(n)为差分运算的结果，X(n)为第n个数据序列，X(n-1)为第n-1个数据序列；
步骤3：对数据序列X(N)进行标准化处理，使数据序列之间具有规律性和可比性，并对标准化处理后的数据序列，采用耶尔-瓦克尔方程组进行相关性分析。
步骤4：建立移动平均分析模型，并基于该模型预测未来某一段时间内的海洋波浪波高；
步骤5：根据步骤4计算得到的未来某一段时间内的海洋波浪波高数值，采用锁存控制法，对海洋波浪发电装置进行优化控制。
参照图2所示，基于未来一段时间内的海洋波浪波高数值，进行海洋波浪发电装置优化控制的策略是：根据计算得到的未来某一段时间内的海洋波浪波高数值，采用锁存控制法，进行海洋波浪发电装置的优化控制，使发电装置的运行状态与海洋波浪波高的运行状态达到共振，从而提高海洋波浪发电装置的运行效率。具体步骤是：
步骤1)根据计算得到的未来某一段时间内的海洋波浪波高，计算海洋波浪发电装置受到的激振力Fexc及其相位；
步骤2)令海洋波浪发电装置受到的激振力Fexc的相位与发电装置运行速度相位的相位差为零，计算得到阻尼系数Bpto；
步骤3)通过步骤2的阻尼系数Bpto，计算发电机输出的电磁力Fpto，控制海洋波浪发电装置受到的综合作用力Ftotal的相位与速度相位差为零。
在海洋波浪发电装置受到的综合作用力Ftotal的相位与速度相位差为零的情况下，则是海洋波浪发电装置的运动与海洋波浪的运动达到共振的状态。根据机械振动原理，共振状态下，是海洋波浪发电装置的最佳运行状态，可以最大化地把波浪能转换成电能。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。